滚柱轴承、凸轮轴支承构造及内燃机的制作方法

专利名称：滚柱轴承、凸轮轴支承构造及内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及支承汽车发动机用的凸轮轴、曲轴及摇臂轴等的滚柱轴 承、采用滚柱轴承的凸轮轴支承构造及内燃机。
背景技术：
例如在日本特开2005-180459号公报中记载了支承汽车用发动机的凸 轮轴的现有轴承。参照图21可知，该公报记载的凸轮轴101具有凸轮凸 角101a、由滚柱轴承102支承的圆筒状的轴颈部101b和端部大径部101c。
在此，轴颈部101b的外径尺寸比凸轮凸角101a的外径的最大尺寸及 端部大径部101c的外径尺寸小。因此，配置于轴颈部101b且支承凸轮轴 101使其旋转自如的滚柱轴承102不能够从凸轮轴101的轴向插入。
滚柱轴承102具有多个滚柱103;在周向上分成两部分的大致半圆 筒状的保持体104、 105;配置在汽缸盖108及轴承盖(cap) 109之间且 在周向上分成两部分的大致半圆筒状的滚道板106、 107。
该滚道板106、 107具有分别从圆周方向中央部的轴向两端面向径向 外侧突出的突起106a、 107a。另一方面，在汽缸盖108及轴承盖109上设 置有接受滚道板106、 107的突起106a、 107a的凹部108a、 109a。并且， 通过使突起106a、 107a与凹部108a、 109a分别卡合，而能够阻止滚道板 106、 107的圆周方向及轴向的移动。 '
另外，参照图22可知，滚道板106的圆周方向的一侧端部为中央部 突出的楔形状的凸部106b，圆周方向的另一侧端部为中央部凹入的谷形状 的凹部106c。并且，对该圆周方向两端部分别实施面推压(面押L)加工。 由此，由于修整因冲压加工而在圆周方向端部产生的毛刺和飞边，另外， 端部形状也被修整，因此提高了组装精度。
再有，上述结构的滚道板106、 107—般是通过对冷轧钢板(SPC)等 钢板进行冲压加工而制造的。另外，为了得到硬度等规定的机械性质而实施热处理，并且，对构成滚柱103的轨道面的内径面实施抛光加工而能够 使滚柱103顺利旋转。
在上述公报中虽然没有明示对上述结构的滚道板106的圆周方向两端
部实施面推压加工的方向，但根据修整毛刺和飞边的目的、修整端部形状
的目的考虑，认为在与加工部分的外形轮廓线垂直的方向上(图22的箭
头方向)进行面推压加工。
但是，按上述方向形成的面推压加工部相对于滚柱103的滚动方向向 左右的任一方倾斜，因此，通过滚道板106、 107的对接部分的滚柱103 的动作有因该面推压加工部而被扰乱的可能性。
另外，在上述结构的凸轮轴支承构造中，由于凸轮轴101在旋转时作 用有偏向规定方向的载荷，因此，在其圆周方向上，划分为负荷有相对较 大载荷的区域(以下称为"负荷区域")和仅负荷相对较小的载荷的区域 (以下称为"非负荷区域")。
从而，由于在配置于包括负荷区域的位置的滚道板上负荷有较大载 荷，因此，为了维持滚柱103顺利旋转而要求高的加工精度。另一方面， 由于在滚道板的制造中需要如上所述的较多的工序，因此，滚道板的制造 成本在滚柱轴承102整体的制造成本中占有较大比重。该倾向在需要高精 度加工时尤其显著。

发明内容
本发明的目的在于提供一种支承汽车用发动机的凸轮轴等的轴承，该 轴承是能够使滚柱顺利旋转的滚柱轴承。另外，其目的还在于提供一种采 用这种滚柱轴承来作为支承凸轮轴的轴承的凸轮轴支承构造及内燃机。
另外，本发明的另一目的在于通过采用在抑制制造成本的同时能够使 滚柱顺利旋转的滚柱轴承而提供一种可靠性高的凸轮轴支承构造及具备 这种凸轮轴支承构造的内燃机。
本发明的滚柱轴承具备将多个圆弧形状的外圈构件在圆周方向上相 连而形成的外圈；沿外圈的内径面配置的多个滚柱。并且，在外圈构件的
至少一侧的圆周方向端部设置有倾斜面，倾斜面的等高线朝向与滚柱的公 转方向正交的方向。如上述结构那样，通过在外圈构件的圆周方向端部设置沿滚柱的滚动 方向的倾斜面，使得通过相邻的外圈构件的对接部分的滚柱能够顺利滚 动。此外，倾斜面只要设置在各外圈构件的两个部位的圆周方向端部中的 滚柱最初接触的一侧的圆周方向端部，即能够得到本发明的效果。
优选的是，当将外圈构件的最厚部的板厚设定为to，将圆周方向最端 部的倾斜面的板厚设定为t时，满足0.05《t/t。《0.5。进而优选的是，当将
倾斜面的倾斜角度设定为e时，满足io。《e《45° 。为了得到基于本发
明的充分效果，优选将倾斜面的板厚及倾斜角度设定在上述范围内。
本发明的凸轮轴支承构造具备凸轮轴；收容凸轮轴的箱体；支承凸 轮轴使其相对于箱体旋转自如的滚柱轴承。受关注的滚柱轴承具备将多 个圆弧形状的外圈构件在圆周方向上相连而形成的外圈；沿外圈的内径面 配置的多个滚柱。并且，在外圈构件的至少一侧的圆周方向端部设置有倾 斜面，倾斜面的等高线朝向与滚柱的公转方向正交的方向。
优选的是，位于多个滚柱的径向外侧的轨道面由嵌入箱体的收容凸轮 轴的区域中的外圈构件的内径面和与外圈构件的圆周方向端部相连的箱 体的内周面形成。
如上述结构那样，通过将滚柱的轨道面的一部分设定为箱体的内周 面，能够削减滚柱轴承的部件个数，因此，能够抑制作为整体的制造成本。 其结果，能够以低成本得到可靠性高的凸轮轴支承构造。
优选的是，外圈构件配置在凸轮轴的包括负荷区域的位置。特别是， 通过将外圈构件配置于凸轮轴的包括负荷区域的位置，能够维持滚柱的顺 利旋转。
本发明的内燃机具备箱体；设置于箱体内的汽缸；开闭与汽缸连通 的吸气路及排气路的阀；控制阀的开闭时刻的凸轮轴；支承凸轮轴并使其 旋转自如的滚柱轴承。受关注的滚柱轴承具备将多个圆弧形状的外圈构 件在圆周方向上相连而形成的外圈；沿外圈的内径面配置的多个滚柱。并 且，在外圈构件的至少一侧的圆周方向端部设置有倾斜面，倾斜面的等高 线朝向与滚柱的公转方向正交的方向。
通过采用上述结构的滚柱轴承，能够得到寿命长且可靠性高的凸轮轴 支承构造及内燃机。根据本发明，通过在外圈构件的内径面的圆周方向端部设置向滚柱的 滚动方向倾斜的倾斜面，使得通过相邻的外圈构件的对接部分的滚柱的动 作稳定。其结果，可得到滚柱能够顺利旋转的滚柱轴承。另外，通过采用 这种滚柱轴承，能够得到寿命长且可靠性高的凸轮轴支承构造及内燃机。
本发明的凸轮轴支承构造具备凸轮轴；收容凸轮轴的箱体；支承凸 轮轴并使其相对于箱体旋转自如的滚柱轴承。受关注的滚柱轴承具备圆弧 形状的外圈构件和多个滚柱，位于多个滚柱的径向外侧的轨道面由嵌入箱 体的收容凸轮轴的区域中的外圈构件的内径面和与外圈构件的圆周方向 端部相连的箱体的内周面形成。
如上述结构那样，通过将滚柱轨道面的一部分设定为箱体的内周面， 能够削减滚柱轴承的部件个数，因此，能够抑制作为整体的制造成本。其 结果，能够以低成本得到可靠性高的凸轮轴支承构造。
优选的是，外圈构件配置在凸轮轴的包括负荷区域的位置，特别是， 通过将外圈构件配置在凸轮轴的包括负荷区域的位置，能够维持滚柱的顺 利旋转。
本发明的内燃机具备箱体；设置于箱体内的汽缸；开闭与汽缸连通 的吸气路及排气路的阀；控制阀的开闭时刻的凸轮轴；支承凸轮轴并使其 旋转自如的滚柱轴承。受关注的滚柱轴承具备圆弧形状的外圈构件和多个 滚柱，位于多个滚柱的径向外侧的轨道面由嵌入箱体的收容凸轮轴的区域 中的外圈构件的内径面和与外圈构件的圆周方向端部相连的箱体的内周 面形成。
通过采用上述结构的凸轮轴支承构造，能够得到可靠性高的内燃机。 根据本发明，仅在滚柱的轨道面中需要高精度的部分(负荷区域)配 置外圈构件，其他部分由箱体的内周面构成，由此能够在抑制制造成本的 同时维持滚柱的顺利旋转。其结果，能够以低成本得到可靠性高的凸轮轴 支承构造及内燃机。


图1是表示本发明一实施方式的凸轮轴支承构造的组装前的状态的图。图2是表示本发明一实施方式的滚柱轴承的外圈构件的图。
图3是从图2的m方向观察的图。
图4是从图2的IV方向观察的图。
图5是表示图2的外圈构件的内径面的图。
图6是对接图2的外圈构件时的对接部分的放大图。
图7是表示本发明一实施方式的滚柱轴承的保持器的侧视图。
图8是包括图7的保持器的分割部分的局部剖视图。
图9是从轴向观察图1的凸轮轴支承构造的组装后的状态的剖视图。
图IO是从径向观察图1的凸轮轴支承构造的组装后的状态的剖视图。
图11是表示本发明一实施方式的外圈构件的制造工序的一部分的图，
上层是俯视图，下层是剖视图。
图12是表示本发明其他实施方式的凸轮轴支承构造的组装前的状态的图。
图13是表示图12的滚柱轴承的外圈构件的图。
图14是从轴向观察图12的凸轮轴支承构造的组装后的状态的剖视图。
图15是从径向观察图12的凸轮轴支承构造的组装后的状态的剖视图。
图16是表示图12的其他实施方式的凸轮轴支承构造的图。 图17是表示图12的又一实施方式的凸轮轴支承构造的图。 图18是表示本发明一实施方式的内燃机的一个汽缸的剖视图。 图19是表示图18的内燃机中采用的曲轴的图。 图20是表示图18的内燃机中采用的凸轮轴的图。 图21是表示现有的凸轮轴支承构造的图。 图22是图21的滚柱轴承的滚道板的放大图。
具体实施例方式
参照图18 图20说明本发明一实施方式的内燃机11。图18是表示 本发明一实施方式的内燃机ll的一个汽缸的剖视图，图19是表示在内燃 机11中使用的曲轴15的图，图20是表示在内燃机11中使用的凸轮轴19的图。
首先，参照图18进行说明，内燃机ll为往复式发动机，其具备作 为箱体的汽缸体12及汽缸盖13;将往复运动变换为旋转运动的运动变换 机构；进行混合气的吸气及燃料废气的排气的给排气机构；作为点火装置 的火花塞20。
运动变换机构具备活塞14，其收容于汽缸体12，在设置于汽缸体 12内的汽缸12a的内部往复运动；曲轴15，其通过飞轮(省略图示)和 联轴器(省略图示)与传动装置(省略图示)连接；连杆16，其一端与活 塞14连接，另一端与曲轴15连接，将活塞14的往复运动变换为曲轴15
的旋转运动。
给排气机构具备吸气路Ba及排气路13b，其形成于汽缸盖13，与 汽缸12a连通；吸气阀17，其作为配置于汽缸12a及吸气路13a之间的阀； 排气阀18，其作为配置于汽缸12a及排气路13b之间的阀；凸轮轴19， 其对吸气阀17及排气阀18的开闭时刻进行控制。
吸气阀17包括阔杆17a;设置于阀杆17a的一侧端部的阀头17b; 对吸气阀17向闭锁吸气路13a的方向施力的阀簧17c，在阀杆17a的另一 侧端部连接有凸轮轴19。排气阀18是与吸气阀17相同的结构，因此省略 说明。
参照图19进行说明，在内燃机ll中使用的曲轴15具有轴部15a; 曲轴臂15b;用于在相邻的曲轴臂15b之间配置连杆16的曲柄销15c。该 曲轴15的轴部15a被后述的本发明一实施方式的滚针轴承21支承并旋转 自如。另外，曲柄销15c与内燃机11的汽缸数设定为相同数量。
参照图20进行说明，在内燃机11中使用的凸轮轴19包括轴部19a 和多个凸轮19b。轴部19a被后述的本发明一实施方式的滚针轴承21支承 并旋转自如。该凸轮轴19通过曲轴15和正时带(省略图示)连结，伴随 曲轴15的旋转而旋转。
凸轮1%分别与吸气阀17或排气阀18连接，因此，与阀17、 18设 定为相同数量。另外，如图18所示，凸轮19b包括直径相对大的长径部 19c和直径相对小的短径部19d，如图20所示，多个凸轮1%以长径部19c 的位置在圆周方向上错开的方式进行配置。由此，能够使分别与多个凸轮19b连接的阀17、 18错开时刻地进行开闭。
此外，内燃机11是凸轮轴19配置于汽缸盖13的上侧，且分别设置 于吸气阀17侧和排气阀18侧的DOHC (Double Over Head Camshaft,定
置双凸轮轴)方式的发动机。
以下，对该内燃机的工作原理进行说明。
首先，当将活塞14在汽缸12a内最上限的位置(上死点)和最下限 位置(下死点)之间移动的工序称作一工序时，该内燃机11是由吸气工 序、压縮工序、燃烧工序及排气工序这四工序构成的四冲程式发动机。
在吸气工序中，在吸气阀17打开的状态且排气阀18关闭的状态下， 活塞14从上死点移动到下死点。由此，汽缸12a内部(指活塞14的上侧 的空间，以下相同)的容积增加而内部压力降低，因此，混合气从吸气路 13a流入汽缸12a内部。混合气是指空气(氧气)和雾状的汽油的混合物。
在压縮工序中，在吸气阀17及排气阀18关闭状态下，活塞14从下 死点移动到上死点。由此，汽缸12a内部的容积减少而内部压力上升。
在燃烧工序中，在吸气阀17及排气阀18关闭的状态下，对火花塞20 进行点火。由此，通过燃烧压縮状态的混合气而迅速膨胀，将活塞14从 上死点推压到下死点。连杆16将该力作为旋转运动传递给曲轴15，从而 产生驱动力。
在排气工序中，在吸气阀17关闭的状态且排气阀18打开的状态下， 活塞14从下死点移动到上死点。由此，汽缸12a内部的容积减少，燃烧 废气从排气路13b流出。此外，在该工序中，在活塞14到达上死点之后
返回吸气工序。
在上述各工序中，"吸气阀17打开的状态"是指凸轮19b的长径部19c 与吸气阀17抵接，吸气阀17抵抗阀簧17c被向下方按压的状态，"吸气 阀17关闭的状态"是指凸轮1%的短径部19d与吸气阀17抵接，吸气阀 17被阀簧17c的回复力向上方推压的状态。另外，对排气阀18而言也相 同，省略说明。
在上述各工序中，仅在燃烧工序产生驱动力，在其他工序中，通过在 其他汽缸产生的驱动力，活塞14往复运动。因此，从维持曲轴15的顺利 旋转的观点出发，优选在多个汽缸中错开燃烧工序的时刻。参照图1 图10，对作为本发明一实施方式的滚柱轴承的滚针轴承21 和使用该滚针轴承21的凸轮轴支承构造进行说明。图l、图9及图10是
表示本发明一实施方式的凸轮轴支承构造的组装前后的状态的图，图2 图8是表示本发明一实施方式的滚针轴承21的各结构要素的图。
首先，参照图1进行说明，本发明一实施方式的凸轮轴支承构造具备: 凸轮轴19;作为收容凸轮轴19的箱体的汽缸盖13及轴承盖13C;支承凸
轮轴19使其相对于箱体旋转自如的滚针轴承21 。
滚针轴承21具备将多个圆弧形状的外圈构件22a、 22b在圆周方向 上相连而形成的外圈22;沿外圈22的内径面配置的作为多个滚柱的滚针
23;在圆周上的一个部位具有沿轴承的轴线方向延伸的分割线并保持多个
滚针23的间隔的保持器24。
作为支承凸轮轴19的轴承，通常采用滚针轴承21。由于滚针轴承21 使滚针23与轨道面线接触，因此，虽然轴承投影面积比较小，但能够得 到高负荷容量和高刚性。从而，在能够维持负荷容量的同时削减支承部分 的径向厚度尺寸这方面是优选的。
参照图2 图6说明外圈构件22a。图2是外圈构件22a的侧视图， 图3是从III方向观察图2的图，图4是从IV方向观察图2的图，图5是从 内径面侧观察外圈构件22a的图，图6是表示外圈构件22a、 22b的对接 部分的图。另外，外圈构件22b与外圈构件22a为相同形状，因此省略说 明。
首先，参照图2进行说明，外圈构件22a是中心角为180°的半圆形 状，具有在圆周方向的一侧端部向径向外侧折弯的卡合爪22c和从轴向两 端部向径向内侧突出的凸缘部22d。卡合爪22c与汽缸盖13卡合防止外圈 构件22a相对于箱体旋转。凸缘部22d在限制保持器24向轴向移动的同 时，提高轴承的润滑油保持性。并且，将该两个外圈构件22a、 22b在圆 周方向上相连而形成圆环形状的外圈22。另外，外圈22的内径面的轴向 中央部作为滚针23的轨道面而起作用。 '
另外，参照图3进行说明，在外圈构件22a的圆周方向一侧端部，在 轴向两端部设置两个卡合爪22c，在两个卡合爪22c之间形成有向圆周方 向凹下的大致V字型的凹部22e。此外，两个卡合爪22c避开构成外圈构件22a的轨道面的轴向中央部而配置在两端部，且配置在与滚针轴承21 的旋转轴线平行的直线上。即，两个卡合爪22c之间的长度L设定为比滚 针23的有效长度1长。此外，在本说明书中"滚柱的有效长度"是指从滚 柱长度中除去两端的倒角部的长度而得到的长度。
另外，参照图4进行说明，在外圈构件22a的圆周方向另一侧端部， 在轴向两端部设有宽度与卡合爪22c的轴向宽度相同的两个平坦部22，在 两个平坦部22f之间设有前端以圆弧形状向圆周方向突出的大致V字型的 凸部22g。此外，在将外圈构件22a、 22b在圆周方向上相连时，凹部22e 接受相邻的外圈构件的凸部22g。如上所述，通过将对接部分的形状设定 为大致V字型，能够使滚针23顺利地旋转。此外，外圈构件22a、 22b的 对接部分的形状并不限于大致V字型，也可以为滚针23能够顺利旋转的 任意形状，例如大致W字型。
另外，参照图3及图4进行说明，在外圈构件22a设置有从外径侧向 内径侧贯通的油孔22h。该油孔22h设置于与在箱体设置的油路(省略图 示)相对的位置，将润滑油供给于滚针轴承2r内部。此外，油孔22h的 大小、位置、个数依赖于设置在箱体的油路的大小、位置和个数。
另外，参照图5进行说明，在外圈构件22a的内径面的圆周方向两端 部设置有倾斜面22K图5的斜线部)，该倾斜面22i的等高线(contour line) 朝向与滚针23的公转方向正交的方向。如上所述，在外圈构件22a、 22b 的圆周方向两端部设置有向滚针23的滚动方向倾斜的倾斜面22i，由此， 通过相邻的外圈构件22a、 22b的对接部分的滚针23能够顺利地滚动。
此外，在该实施方式中，形成有凸部22g的一侧(图5的上侧)的倾 斜面22i设置在轴向中央部即凸部22g的前端部周边。另一方面，形成有 凹部22e的一侧(图5的下侧)的倾斜面22i设置在轴向两端部即凹部22e 的开口部的两侧。
进而，参照图6进行说明，倾斜面22i是从圆周方向最端部向圆周方 向中央部以规定倾斜角度e倾斜的锥面。板厚在圆周方向最端部最小(t)， 圆周方向中央部即两个部位的倾斜面22i之间的区域为一定(t。)。在此， 为了得到基于本发明的充分的效果，优选设定为0.05《t/to《0.5， 10°《 9《45° 。此外，"倾斜角度e "是指与外圈构件22a的圆周方向端面正交的直线和倾斜面所成的角。
关于板厚，当设定为to/t〈0.05时，通过相邻的外圈构件22a、 22b的 对接部分的滚针23与形成在圆周方向端部的角部碰撞，导致扰乱滚针23 的动作或划伤滚动面。另一方面，当to/tX).5时，滚针23嵌入形成在外 圈构件22a、 22b的对接部分的凹坑，妨碍滚针轴承21的顺利旋转。
关于倾斜角度，当设定为9<10°时，为了得到基于本发明的充分的 效果，必须使t。小到某一程度，其结果，倾斜面22i的圆周方向的长度变 长。这成为外圈构件22a、 22b强度降低的原因。另一方面，当6 >45°时， 通过相邻的外圈构件22a、 22b的对接部分的滚针23与形成在倾斜面22i 的终点(圆周方向中央侧)的角部碰撞，导致扰乱滚针23的动作或划伤 滚动面。因此，为了避免上述弊病，优选板厚及倾斜角度在上述范围内。
接着，参照图7及图8对保持器24进行说明。图7是保持器24的侧 视图，图8是包括保持器24的分割部分的局部剖视图。保持器24是在圆 周上的一个部位具有沿轴承的轴线方向延伸的分割线的大致C型形状，收 容滚针23的兜孔(pocket) 24c在圆周方向上以等间隔设置。另外，该保 持器24通过射出成型树脂材料而形成。
另外，在分割部分的圆周方向一侧的切断端面24a设置有凹部24d， 在另一侧的切断端面24b设置有与凹部24d对应的凸部24e，凹部24d及 凸部24e卡合，由此，能够得到圆环形状的保持器24。在该实施方式中， 设定为凸部24e的前端部分的宽度比根部大，凹部24d设定为开口部分的 宽度比最里侧小。由此，使凹部24d和凸部24e的卡合可靠。
接着，参照图l、图9及图10对将滚针轴承21组装于凸轮轴19的顺 序进行说明。
首先，将滚针23分别组装于保持器24的兜孔24c。接着，利用保持 器24的弹性使分割部分扩展，组装于凸轮轴19。进而，将凹部24d与凸 部24e卡合而使保持器24不会脱落。
接着，在汽缸盖13上，依次组装一侧的外圈构件22a、巻绕保持器 24而固定的凸轮轴19、另一侧的外圈构件22b及轴承盖13c，用螺栓等固 定汽缸盖13和轴承盖13c。这时，配置为外圈构件22a的凹部22e和外圈 构件22b的凸部22g对接，外圈构件22a的凸部22g与外圈构件22b的凹部22e对接。
此外，外圈构件22a的卡合爪22c与在汽缸盖13的与轴承盖13c的对 接面上设置的卡合槽13d卡合，外圈构件22b的卡合爪22c与在轴承盖13c 的与汽缸盖13的对接面上设置的卡合槽13d卡合。由此，能够防止外圈 构件22a、 22b在轴承旋转中在箱体内部旋转。
在上述实施方式中，示出了采用滚针轴承21作为支承凸轮轴19的轴 承的例子，但是，本发明也能够适用其他滚柱轴承，例如圆柱滚子轴承和 长圆柱滚子轴承。
另外，对上述实施方式的滚针轴承21示出"T包括外圈21、滚针23 和保持器24的例子，但是并不限于此，也可以是省略保持器24的全部滚 柱形式(foil complement roller bearing)的滚柱轴承。
另外，对上述实施方式的倾斜面22i示出了倾斜角度为e的锥面的例 子，但是，并不限定于此，也可以是任意形状。例如，可以是凸状曲面等。
另外，对上述实施方式的倾斜面22i可以设置在轨道面(图5的用双 点划线所围的区域)宽度的整个区域，但是，如该实施方式所示，也可以 设置在轨道面的宽度中的一部分。这时，只要设置在通过相邻的外圈构件 22a、 22b的对接部分的滚针23最初接触的部分即图5的斜线部分，即能 够得到本发明的效果。
另外，对上述实施方式的外圈22示出了在圆周方向的两个部位分割 外圈构件22a、 22b的例子，但是，并不限定于此，也可以分割为任意个 数。例如，可以在圆周方向上连接三个中心角为120°的外圈构件来形成 外圈。另外，也可以相互组合中心角不同的多个外圈构件来形成圆环形状 的外圈。相同地，针对保持器24也可以采用任意方式的保持器。
另外，对上述实施方式的保持器24示出了生产效率高，且弹性变形 性高的树脂制保持器的例子，但是并不限定于此，也可以是利用切削加工 的切削保持器，或者，也可以是对钢板进行冲压加工的冲压保持器。
另外，上述实施方式的滚针轴承21不仅作为支承凸轮轴19的轴承， 也可以作为支承图19所示的曲轴15的轴部15a和摇臂轴等的轴承而广泛 应用。
进而，本发明可以应用于单缸内燃机，但是，也优选作为对诸如图19所示的多缸发动机中采用的曲轴15的轴部15a和图20所示的凸轮轴19 的轴部19b那样不能从轴向插入滚针轴承21的部位进行支承的轴承。
此外，在上述实施方式中，示出了在外圈构件22a、 22b使用本发明 的例子，该外圈构件22a、 22b在圆周方向端部具备与箱体卡合的卡合爪 22c，在轴向两端部具备限制保持器24的轴向移动的凸缘部22d，但是， 卡合爪22c和凸缘部22b并不是本发明的必须结构要素，也可以使用各种 形式的外圈构件。
接着，参照图11对本发明一实施方式的外圈构件22a的制作方法进 行说明。图11是表示外圈构件22a的制造工序的一部分的图，上层是俯 视图，下层是侧视图。另外，由于外圈构件22b的制造方法与外圈构件22a 相同，所以省略说明。
首先，作为初始材料，使用碳含量为0.15wt。/。以上、1.1wt。/。以下的碳 钢。具体而言，考虑碳含量为0.15wt。/。以上、0.5wt。/。以下的SCM415和S50C 等，或碳含量为0.5wt。/。以上、1.1wt。/。以下的SAE1070和SK5等。
此外，碳含量不足0.15wt。/。的碳钢通过淬火处理不易形成渗碳硬化层， 为了得到外圈构件22a所需的硬度，需要进行碳氮共渗处理。碳氮共渗处 理与后述的各淬火处理比较，设备费用昂贵，因此，其结果导致滚针轴承 21的制造成本上升。另外，存在碳含量不足0.15wt。/。的碳钢即使进行了碳 氮共渗处理也得不到充分的渗碳硬化层的情况，有在轨道面过早产生表面 起点型的剥离之虞。另一方面，因为碳含量超过l.lwto/。的碳钢加工性显著 降低，所以存在加工精度降低以及因加工工时增加而引起的制造成本上升 的问题。
参照图11进行说明，作为第一工序，冲压加工钢板而形成外圈构件 22a的外形(a工序)。在长度方向的一方侧端部形成构成凹部22e及卡合 爪22c的部分，在另一侧端部形成平坦部22f及凸部22g。另外，也可以 在形成外形的同时加工油孔22h。
这时，外圈构件22a的长度方向的长度基于凸轮轴19的直径而决定， 宽度方向的长度基于使用的滚针23的滚柱长度而决定。但是，宽度方向 包括构成凸缘部22d的部分，因此，在该工序的宽度方向的长度比外圈构 件22a的完成品的轴向宽度尺寸长。该工序可以在一次的冲压加工中冲压全部部分，也可以反复多次冲压 加工来得到规定的形状。此外，在使用连续冲压的情况下，在形成用于决 定各加工工序的加工位置的导向孔25的同时，在与相邻的外圈构件之间 设置连结部26。
作为第二工序，利用面推压加工在外圈构件22a的圆周方向端部形成 倾斜面22i (b工序)。
作为第三工序，利用弯曲加工将外圈构件22a的圆周方向端部向径向 外侧折弯，形成卡合爪22c (c工序)。卡合爪22c的弯曲角度为沿箱体的 卡合槽13c的角度。此外，在该实施方式中，卡合爪22c折弯为相对于外 圈构件22a成为90。的角度。
作为第四工序，包括利用弯曲加工将弯曲构件22a的外形弯曲为规定 曲率的工序和在外圈构件22a的轴向两端部形成向径向内侧突出的凸缘部 22d的工序(d工序 h工序)。具体而言，除了包括连结部26的中央部分 以外，从长度方向两端部侧顺次弯曲(d工序，e工序)。接着，针对实施 了弯曲加工的长度方向两端部，对宽度方向两端部实施弯曲加工而形成凸 缘部22d (f工序)。接着，对长度方向中央部也进行弯曲加工，使外圈构 件22a的外形成为规定的曲率(g工序)。最后，除去连结部26，在长度 方向中央部形成凸缘部22d (h工序)。
上述冲压加工工序结束之后，为了得到对于外圈构件22a而言所必要 的硬度等规定的机械性质，进行热处理。此外，作为轨道圈发挥作用的外 圈构件22a的内径面的表面硬度Hv需要为635以上。
为了使外圈构件22a得到足够深度的硬化层，需要根据初始材料的碳 含量选择合适的热处理方法。具体而言，在碳含量为0.15wt。/。以上、0.5wt% 以下的材料的情况下进行渗碳淬火处理，在碳含量为0.5wto/。以上、l.lwt% 以下的材料的情况下进行光亮淬火处理或高频淬火处理。
渗碳淬火处理是利用高温钢中固溶碳的现象的热处理方法，能够在钢 内部碳量低的情况下，得到碳量高的表面层(渗碳硬化层)。由此，得到 表面硬、内部柔软韧性高的性质。另外，与碳氮共渗处理设备比较，设备 费用低廉。
光亮淬火处理是指通过在保护气氛或真空中进行加热而在防止钢表面氧化的同时进行的淬火处理。另外，与碳氮共渗处理设备和渗碳淬火处 理设备比较，设备费用低廉。
高频淬火处理是利用感应加热原理而使钢表面迅速加热、骤冷而制作 淬火硬化层的方法。与其他淬火处理设备比较，设备费用大幅度降低，并 且，在热处理工序中不使用气体，因此具有环境优良的优点。另外，在能 够局部淬火处理这一点也是有利的。
进而，为了减少因淬火而产生的残余应力和内部应变，提高韧性并使 尺寸稳定，优选在上述淬火处理之后进行回火处理。
此外，在该实施方式中，示出了使形成外圈构件22a的外形曲率的工 序与形成凸缘部22d的工序并行进行的例子，但是，并不限于此，也可以 使形成外形的曲率的工序和形成凸缘部22d的工序独立进行。
从上述第一工序到第四工序是本发明的外圈构件的制造方法的一个 例子，也可以将各工序再细分，或进一步追加必要的工序。另外，加工工 序的顺序也可以任意更换。
另外，上述各工序(a工序 h工序)可以作为各自分开的工序在专 用冲压机进行，也可以通过连续冲压或多工位冲压进行。由此，能够连续 进行各工序。另外，通过使用具有适合于上述各工序(a工序 h工序) 的全部或一部分的加工部的外圈构件22a的制造装置，能够提高生产率， 其结果，能够抑制滚针轴承21的产品价格。
此外，在本说明书中"连续冲压"是指在冲压机内具有多个加工工序， 将材料通过冲压机入口的进料器在各工序中移动，连续加工材料的方法。 另外，在本说明书中"多工位冲压"是指在需要多个加工工序的情况下， 将进行各工序的承载台设置成需要的多个，在通过输送装置移动工序件的 同时，在各承载台进行加工的方法。
参照图12 图15，对作为本发明其他实施方式的滚柱轴承的滚针轴 承41和使用该滚针轴承41的凸轮轴支承构造进行说明。滚针轴承41的 基本结构与滚针轴承21相同，省略相同点的说明，以不同点为主进行说 明。另外，图12、图14及图15是表示凸轮轴支承构造的组装前后的状态 的图，图13是表示外圈构件42的图。
首先，参照图12进行说明，凸轮轴支承构造具备凸轮轴19;作为收容凸轮轴19的箱体的汽缸盖33及轴承盖33C;支承凸轮轴19使其相对
于箱体旋转自如的滚针轴承41 。
滚针轴承41具备圆弧形状的外圈构件42;作为滚柱的滚针43;在
圆周上的一个部位具有沿轴承轴线方向延伸的分割线并保持多个滚针43 的间隔的保持器44。
图13是外圈构件42的侧视图。参照图13进行说明，外圈构件42是 中心角为180°的半圆形状，具有从轴向两端部向径向内侧突出而限制保 持器44向轴向的移动的凸缘部42a和从外径面贯通至内径面的油孔42b。 另外，外圈构件42的内径面的轴向中央部作为滚针43的轨道面发挥作用。 此外，油孔42b设置于与在箱体设置的油路(省略图示)相对的位置，从 而将润滑油供给于滚针轴承41内部。另外，油孔42b的大小、位置、个 数依赖于设置在箱体的油路的大小、位置、个数。
此外，保持器44的结构与图7及图8所示的保持器24相同，因此省 略说明。
下面，参照图12、图14及图15，对将滚针轴承41组装于凸轮轴19 的顺序进行说明。
首先，将滚针43分别组装于保持器44的兜孔44c中。接着，利用保 持器44的弹性使分割部分扩展而组装于凸轮轴19。接着，将凹部44d与 凸部44e卡合，使保持器44不会脱落。
接着，在汽缸盖33上依次组装巻绕保持器44而固定的凸轮轴19、外 圈构件42及轴承盖33c，用螺栓等固定汽缸盖33和轴承盖33c。
利用上述组装顺序，能够将凸轮轴19、外圈构件42、保持器44和箱 体配置为同心圆状，得到滚针43能够稳定旋转的滚针轴承41。
位于滚针43的径向外侧的轨道面由外圈构件42的内径面和作为箱体 的汽缸盖33的内周面构成。因此，为使外圈构件42和汽缸盖33的内径 面的连接部分平滑，将汽缸盖33的内径尺寸设定为比轴承盖33c的外径 尺寸小外圈构件42的板厚的量。另外，考虑到热膨胀和制造误差，在外 圈构件42与汽缸盖33之间设置微小的间隙。
如上所述，通过由外圈构件42的内径面和与外圈构件42的圆周方向 端部相连的汽缸盖33的内周面构成滚针43的轨道面，能够抑制滚针轴承41的制造成本。此外，在将凸轮轴19沿圆周方向分为负荷区域和非负荷 区域的情况下，外圈构件42优选配置在包括负荷区域的位置。为了得到
滚针43的轨道面所需的机械性质和表面粗糙度等，外圈构件42经由如后 所述的多个加工工序而制造。因此，即使在配置于包括负荷有大的载荷的 负荷区域的情况下，也能够维持滚针43的顺利旋转。
此外，所谓"负荷区域"是指以滚针轴承41所负荷的来自凸轮轴19 的最大载荷的方向(图14中假想线l,所示的方向)为中心的左右90。的 区域(图14中的圆弧a所示的180。的区域)。另一方面，"非负荷区域" 是指与最大负荷方向相反侧的180°的区域(图14中圆弧3所示的区域)， 与负荷区域比较仅作用有相对较小的载荷的区域(包括负荷为0的情况)。
另外，在图18所示的内燃机11中，滚针轴承41所负荷的来自凸轮 轴19的最大负荷是将阀17、 18抵抗阀簧17c、 18c向下方按压的力的反 作用，其方向是与凸轮轴19按压阀17、 18的方向相反的方向(图18中 的箭头方向)。
进而，将由汽缸盖33及轴承盖33c构成的箱体的油路(省略图示) 和设于外圈构件42的油孔42b相一致地进行组装。由此。供给于轴承内 部的润滑油量增加，滚针轴承41的润滑性提高。
上述实施方式的凸轮轴支承构造示出了由汽缸盖33的内周面构成滚 针43的轨道面的一部分的例子，但是，也可以在汽缸盖33的内周面嵌入 其他构件而构成轨道面。例如，如图16所示，可以将圆弧形状的环构件 45与外圈构件42的圆周方向端部相连设置。因为该环构件配置在非负荷 区域，所以可以将金属以规定的曲率冲压加工而形成，也可以射出成型树 脂材料而形成。此外，在该实施方式中，环构件45应该作为构成箱体的 结构要素来予以把握。
另外，在上述实施方式中，示出了采用滚针轴承41作为支承凸轮轴 19的轴承的例子，但是，本发明也可以适用其他滚柱轴承，例如圆柱滚子 轴承和长圆柱滚子轴承。
另外，对上述实施方式的外圈构件42示出了中心角为180°的半圆形 状的例子，但是并不限于此，只要是能够包括整个负荷区域的大小，则可 以采用任意中心角的外圈构件42。例如，当在负荷小的环境中使用时，可以使用中心角小的外圈构件，当在负荷大的环境中使用时，可以使用中心 角大的外圈构件等。相同地，对保持器44而言也可以采用任意形式的器 件。
另外，上述实施方式的保持器44示出了生产效率高且弹性变形性高
的树脂制保持器的例子，但是，并不限于此，也可以是利用切削加工的切 削保持器，或者，也可以是对钢板进行冲压加工的冲压保持器。
另外，上述实施方式的滚针轴承41不仅作为支承凸轮轴19的轴承， 也可以作为支承图19所示的曲轴15的轴部15a和摇臂轴等的轴承而广泛使用。
另外，本发明也可以适用于单缸内燃机，但是，也优选作为对诸如图 19所示的多缸发动机中采用的曲轴15的轴部15a和图20所示的凸轮轴 19的轴部19b那样不能从轴向插入滚针轴承41的部位进行支承的轴承。
进而，参照图17对图12的其他实施方式的凸轮轴支承构造进行说明。 由于该凸轮轴支承构造的基本结构与图14所示的凸轮轴支承构造相同， 所以省略相同点的说明，对不同点进行说明。
参照图17进行说明，凸轮轴支承构造具备箱体33、 33c;凸轮轴 19;支承凸轮轴19使其相对于箱体33、 33c旋转自如的滚针轴承51。滚 针轴承51中采用的外圈构件52是中心角为180°的半圆形状，具有从轴 向两端部向径向内侧突出而限制保持器54向轴向的移动的凸缘部52a。该 凸缘部52a还具有从外圈构件52的圆周方向两端部向圆周方向突出的突 出部52c。
通过具有上述结构，能够更加可靠地进行保持器54的轴向定位。特 别是，在采用将多个扇形体在圆周方向上相连而构成的扇形体保持器的情 况下效果显著。此外，该突出部52c可以在后述的冲压加工工序中一体形 成，也可以在形成外圈构件52之后利用焊接等随后安装。
接着，说明图13所示的外圈构件42的制造方法。此外，省略与外圈 构件22a的制造方法的相同点的说明，以不同点为中心进行说明。具体而 言，因为初始材料的组成及热处理工序相同，所以省略说明。
作为外圈构件42的具体制造工序，首先，对钢板进行冲压加工而形 成外圈构件42的外形。当使用连续冲压时，可以在形成用于决定各加工工序的加工位置的导向孔的同时，在与相邻的外圈构件之间设置连结部。 接着，利用弯曲加工使平板状的外圈构件42折弯为规定曲率，并且，
将轴向两端部向径向内侧折弯而形成凸缘部42a。在该工序中，为了防止
材料的破损等而分数次进行弯曲加工。
在上述冲压加工工序结束之后，为了得到对于外圈构件42而言所必 要的硬度等规定的机械性质，进行热处理。此外，作为轨道圈发挥作用的 外圈构件42的内径面的表面硬度Hv需要为635以上。
热处理之后，为了使成为滚针43的轨道面的内径面成为平滑的面而 实施抛光加工(grinding)。作为抛光方法采用滚筒抛光(barrel polishing)。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定 于图示的实施方式。对于图示的实施方式，可以在与本发明相同的范围内 或相等同的范围内加以各种修正和变形。
工业实用性
本发明益于在支承汽车用发动机的凸轮轴的滚柱轴承、凸轮轴支承构 造和内燃机中使用。
权利要求
1. 一种滚柱轴承，其具备将多个圆弧形状的外圈构件在圆周方向上相连而形成的外圈；沿所述外圈的内径面配置的多个滚柱，在所述外圈构件的内径面的至少一侧的圆周方向端部设置有倾斜面，所述倾斜面的等高线朝向与所述滚柱的公转方向正交的方向。
2. 根据权利要求l所述的滚柱轴承，其中，当将所述外圈构件的最厚部的板厚设定为tQ，将圆周方向最端部的所 述倾斜面的板厚设定为t时，满足0.05《t/t0《0.5。
3. 根据权利要求1所述的滚柱轴承，其中，当将所述倾斜面的倾斜角度设定为e时，满足 10o《e《45° 。
4. 一种凸轮轴支承构造，其具备 凸轮轴；收容所述凸轮轴的箱体；支承所述凸轮轴并使其相对于所述箱体旋转自如的权利要求1所述的 滚柱轴承。
5. 根据权利要求4所述的凸轮轴支承构造，其中， 位于所述多个滚柱的径向外侧的轨道面由嵌入所述箱体的收容所述凸轮轴的区域中的所述外圈构件的内径面和与所述外圈构件的圆周方向 端部相连的所述箱体的内周面形成。
6. 根据权利要求5所述的凸轮轴支承构造，其中， 所述外圈构件配置于所述凸轮轴的包括负荷区域的位置。
7. —种凸轮轴支承构造，其具备 凸轮轴；收容所述凸轮轴的箱体；支承所述凸轮轴使其相对于所述箱体旋转自如的滚柱轴承， 其中，所述滚柱轴承具备圆弧形状的外圈构件和多个滚柱，位于所述多个滚柱的径向外侧的轨道面由嵌入所述箱体的收容所述 凸轮轴的区域中的所述外圈构件的内径面和与所述外圈构件的圆周方向 端部相连的所述箱体的内周面形成。
8. —种内燃机，其具备箱体；设置于所述箱体内的汽缸； 开闭与所述汽缸连通的吸气路及排气路的阀； 控制所述阀的开闭时刻的凸轮轴；支承所述凸轮轴并使其旋转自如的权利要求1所述的滚柱轴承。
全文摘要
本发明提供一种滚柱轴承、凸轮轴支承构造及内燃机。本发明的滚柱轴承具备将多个圆弧形状的外圈构件在圆周方向上相连而形成的外圈；沿外圈的内径面配置的多个滚柱。并且，在外圈构件(22a)的内径面的至少一侧的圆周方向端部设置有倾斜面(22i)，倾斜面(22i)的等高线朝向与滚柱的公转方向正交的方向。
文档编号F01L1/04GK101512108SQ20078003280
公开日2009年8月19日 申请日期2007年8月30日 优先权日2006年9月4日
发明者吉田惠子, 土山弘树, 大石真司, 甲村公典, 藤井德明, 藤本智也, 阿部一人, 阿部克史 申请人:Ntn株式会社;本田技研工业株式会社